Al含量对TiAlN涂层结构性能影响的研究进展.pdf

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1、２０１６年第４期（总第１８１期）江西建材应用研究Ａｌ含量对ＴｉＡｌＮ涂层结构性能影响的研究进展■梁启超，王天国，王贵强，贾建业，陈子坤■湖北汽车工业学院材料科学与工程学院，湖北十堰４４２００２摘要：简述ＴｉＡｌＮ涂层的应用及其制备方法。分析了制备过程中Ａｌ含量对６Ｃｏ硬质合金表面制备ＴｉＡｌＮ涂层，结果表明，随Ａｌ含量增加Ｔｉ１－ＸＴｉＡｌＮ涂层结构、抗氧化性、结合强度和摩擦性能的影响规律。同时提出ＡｌＸＮ涂层（ｘ＝０．５０－０．６０）结合强度下降，涂层的结合强度受涂层残了加入其他元素和合理设计多元多层化涂层

2、，不仅可以提高硬度和耐磨余应力与膜基硬度差的影响，在一定范围内Ａｌ含量的升高会使得涂层性，同时可以减小残余应力，提高膜基结合力，这也将是今后的研究趋的残余应力增加，从而降低了涂层结合强度。势。４Ａｌ含量对ＴｉＡｌＮ摩擦性能的影响关键词：ＴｉＡｌＮ涂层Ａｌ含量性能涂层的摩擦性能是评估涂层使用性能的重要指标。Ａｌ元素的加Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆＴｉＡｌＮｃｏａｔｉｎｇｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｌ入在提高硬度的同时也增强了涂层的耐磨性。研究显示耐

3、磨性随ＡｌｃｏｎｔｅｎｔｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＴｉＡｌＮｃｏａｔｉｎｇｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ含量增加而上升，随后逐渐下降。由于Ａｌ元素的引入，摩擦过程中Ａｌｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ａｄｈｅｓｉｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｗｅａｒｒｅ-元素的选择性氧化生成的Ａｌ２Ｏ３薄膜，具有比ＴｉＮ，ＴｉＯ２更好的耐磨性ｓｉｓｔａｎｃｅ．Ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｏｔｈｅｒｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｍｕｌｔｉｐ

4、ｌｅｃｏａｔｉｎｇｓｃａｎｎｏｔ能，该氧化膜不但能保护涂层切削下不被氧化，并且还具优秀的摩擦性ｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｈａｒｄｎｅｓｓ，ｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｒｅｄｕｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｂｕｔａｌｓｏ［７］能。张德元采用离子镀膜机，在高速钢上制备出不同Ａｌ含量的ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｉｌａｄｈｅｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．ＴｉＡｌＮ涂层，发现Ａｌ含量增加，涂层与工件间的摩擦系数会下降，减磨Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴｉＡｌＮｃｏａｔｉｎｇｓ；Ａｌｃ

5、ｏｎｔｅｎｔ；ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ性明显提高，但Ａｌ增加到一定程度涂层会因为较大的残余内应力而提早剥落，当Ａｌ含量约为１０％时，涂层有较高的硬度和较好的耐磨性。ＴｉＮ涂层具有较高的硬度，低摩擦系数和较高的粘着强度，已广泛的５结语应用于刀具行业，但其高温抗氧化温度一般为５５０℃，限制其进一步的发Ａｌ元素的引入在改变ＴｉＡｌＮ涂层晶体结构的同时，大大提高了其展。通过向ＴｉＮ中加入适量的Ａｌ元素而制备的ＴｉＡｌＮ涂层具有更高的硬度，抗氧化性和耐磨性等机械性能，以广泛的应用于航空航天、刀具、硬度和耐磨性，涂层的高温抗

6、氧化温度可达到８００℃左右，在航空航天、［１］装饰等行业。但目前制备的ＴｉＡｌＮ涂层还存在残余应力较大，膜基物涂层刀具等领域具有广阔的应用前景。本文综述Ａｌ含量对ＴｉＡｌＮ涂理匹配程度不高，这会导致涂层过早脱落。掺加其他元素如Ｓｉ，Ｃｒ，Ｏ，层结构及性能的影响，并展望了ＴｉＡｌＮ涂层今后的研究趋势。Ｖ等，以及合理设计多元多层化涂层尤其是多元纳米复合涂层能提高１Ａｌ含量对ＴｉＡｌＮ涂层结构的影响涂层的结合强度，进一步改善涂层性能，这将会成为今后研究的方向和Ａｌ的原子半径ＲＡｌ＝０．１４３ｎｍ，Ｔｉ的原子半径为Ｒ

7、Ｔｉ＝０．１４６ｎｍ，即热点。Ａｌ的原子半径小于Ｔｉ的原子半径，当某一些Ａｌ原子替代了ＴｉＮ中的部分Ｔｉ原子后，即有ＴｉＮ的面心立方结构变成了ＴｉＡｌＮ的Ｎａｃｌ类型面参考文献心立方结构，从而产生晶格畸变，晶格常数随之减小，晶面能和（Ｔｉ，Ａｌ）［１］ＤｕＭ，ＨａｏＬ，ＬｉｕＸＰ，ｅｔａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ［２］Ｎ相在（１１１）方向的择优取向发生变化。ＡｙａｋｏＫｉｍｕｒａ等人研究了Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｅｄｂｙｒｅａｃｔｉｖｅｍ

8、ａｇｎｅｔｒｏｎｃｏ－ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇＡｌ元素的含量对ＴｉＡｌＮ涂层的影响并得出了一些规律，随着Ａｌ元素含［Ｊ］．ＰｈｙｓＰｒｏｃｃｄｉａ，２０１１，１８∶２２２．量的增加，ＴｉＡｌＮ涂层从立方的ＮａＣｌ结构转变为六方的ＺｎＳ结构，并且［２］ＫｉｍｕｒａＡ，ＨａｓｅｇａｗａＨ，ＹａｍａｄａＫ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＡｌｃｏｎｔｅｎｔｏｎｈａｒｄ-晶格常数随着Ａｌ含量的增加而逐渐降低，涂层的